سوخت و احتراق

سوخت و احتراق

مدلسازی سینتیک و تحلیل مسیر احتراق مخلوط‌های استاندارد گاز طبیعی LNG با تمرکز بر داده های اشتعال خودکار و بر مبنای محتوی متان

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی کاسپین، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران،
2 گروه مهندسی مکانیک-تبدیل انرژی، دانشکده فنی کاسپین، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران
10.22034/jfnc.2026.582296.1459
چکیده
مخلوط‌های مختلف LNG عمدتاً شامل متان و مقادیری از سایر آلکان‌ها هستند، که با وجود تشابهات، پدیده‌های احتراقی متفاوتی را بروز می دهند. در این مطالعه تأثیر ترکیب LNG بر زمان تأخیر اشتعال و احتمال بروز کوبش بررسی شده است. بدین منظور، یک مدل سینتیکی با ابعاد C0-C4 بر مبنای مدل انتشار یافته اخیر متانول توسط نویسنده و همکاران در دانشگاه صنعتی مونیخ TUM، با افزودن مدل های زیرمجموعه C2-C4 به آن توسعه یافته است. سپس 11 مخلوط استاندارد LNG در شرایط مختلف آزمایشگاهی و در نسبت های هم‌ارزی ϕ=0.4, 1.2 مورد شبیه‌سازی و مطالعه قرار گرفته اند. نتایج بدست‌آمده حاکی از همخوانی مطلوب با داده‌های آزمایشگاهی، برای شرایط دماهایی بالا و میانیT≥1000 K است. این نتایج با عملکرد دو مدل جامع دیگر نیز مقایسه شده است، که مدل توسعه یافته در این پژوهش پیش‌بینی موفق‌تری را فراهم می کند. در پایان نیز مسیر تشکیل فرآورده های احتراق، بر مبنای تحلیل نرخ تشکیل گونه‌ها ROPAD مورد بررسی قرار گرفته و دو رژیم متفاوت در بازه‌های دما بالا و دما پائین برای احتراق هریک از اجزای سوخت شناسایی شده است. در دماهای بالا، همه اجزای سوخت تحت تجزیه مستقیم به گونه‌ها و رادیکال‌های کوچک، و سپس ترکیب با اکسیژن قرار دارند. در دماهای پائین، در مورد متان مطابق تشکیل C2H6 از رادیکال متیل CH3 بسیار پر رنگ است، و سپس فرآیند هیدروژن زدایی مرحله‌ای (آبشاری) سازوکار موثر در ادامه مسیر احتراق است. این موضوع در مورد اجزای بزگتر سوخت نیز به جای ترکیب مستقیم با اکسیژن صدق می‌کند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Kinetic Modeling and Route Analysis of Standard LNG Mixtures Combustion, based on Auto-ignition and Methane Content

نویسندگان English

Mehdi Abbasi 1
Mohammad Mehdi Mahmoudi Rad 2
1 Department of Mechnical Engineering, Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran
2 Department of Mechanical Engineering-Energy Conversion, Caspian Faculty of Engineering, College of Engineering, University of Tehran
چکیده English

Various LNG mixtures primarily consist of methane and smaller amounts of other alkanes, which, despite their similarities, can exhibit different combustion phenomena. This study investigates the effect of LNG composition on ignition delay time and the likelihood of knocking. To this end, a C0-C4 kinetic model was developed based on a recently published methanol model, with the addition of C2-C4 sub-models. Eleven standard LNG mixtures were then simulated and studied under various experimental conditions at equivalence ratios of φ = 0.4 and 1.2. The results show good agreement with experimental data for high and intermediate temperatures (T ≥ 1000 K). The model outputs were also compared with the performance of two other well-established detailed models; the model developed in this study provides more successful predictions.

Finally, the formation pathway of combustion products was investigated using Rate of Production Analysis (ROPAD). As demonstrated, two distinct regimes—high-temperature and low-temperature—are identified for the combustion of each fuel component. At high temperatures, all fuel components undergo direct decomposition into small species and radicals, followed by combination with oxygen. At low temperatures, for methane, the formation of C2H6 from the methyl radical (CH3) is very significant, and the cascade hydrogen abstraction process is an effective mechanism in the continuation of the combustion pathway. This also applies to larger fuel components, rather than direct combination with oxygen.

کلیدواژه‌ها English

Liquefied Natural Gas
Autoignition
Combustion Kinetic Modeling

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 20 مرداد 1405